(57)【要約】【課題】反応プロセスにおいて、反応状態の変化など不測な外乱が生じた場合でも良好な温度制御性を確保できる温度制御方法、温度制御装置および温度制御用プログラムを提供する。【解決手段】反応塔のように反応容器内に温度分布を持ち、反応容器内を流体が入口方向から出口方向に向かって流れる反応プロセスの多点温度制御において、操作量と制御量の関係を表した予測モデルに、流動による温度検出部位間の熱伝達を考慮したモデルを設けて予測制御することで、反応状態の変化など不測な外乱が生じた場合でも良好な温度制御性を得ることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内の第１の部位および前記第１の部位とは異なる第２の部位の温度制御について操作量を制御する温度制御方法であって、
前記反応容器内では、流体は前記第２の部位から前記第１の部位に向く方向に流れ、
コンピュータが、
前記反応容器内の第１の部位の温度を記憶装置に記憶するステップと、
前記反応容器内の第２の部位の温度を前記記憶装置に記憶するステップと、
前記記憶装置に記憶された前記第１の部位の温度および前記第２の部位の温度と、前記操作量を含むプロセスモデルを使って、将来の前記第１の部位の温度および前記第２の部位の温度を予測し、望ましく温度制御される最適な前記操作量の制御信号を生成するステップと、
生成した前記操作量の制御信号を出力するステップとを実行し、
前記プロセスモデルは、
前記操作量から、直接、制御量である前記第２の部位の温度と前記第１の部位の温度を予測する予測モデルと、
前記操作量が、前記第２の部位を経て前記第１の部位に至る熱伝達を予測する予測モデルとを含む、温度制御方法。
【請求項２】
前記操作量の制御信号を生成するステップで使用されるモデルは、前記プロセスモデルに加えて、前記反応容器への反応原料と溶媒の供給量変更に対応し、前記第１の部位の温度と前記第２の部位の温度を予測する、測定可能外乱モデルを含み、
前記測定可能外乱モデルは、
前記反応原料と前記溶媒の供給量から、直接、制御量である前記第１の部位の温度と前記第２の部位の温度を予測する予測モデルと、
前記反応原料と前記溶媒が前記第２の部位を経て前記第１の部位に至る熱伝達を表した予測モデルとを含む、請求項１に記載の温度制御方法。
【請求項３】
前記プロセスモデルと前記測定可能外乱モデルによるモデルは、
前記操作量および前記反応原料と前記溶媒の供給量に関する値を入力とし、前記第２の部位の温度を出力とする第１の伝達関数と、
前記第１の伝達関数の出力である前記第２の部位の温度と、前記操作量と、前記反応原料と前記溶媒の供給量に関する値とを入力とし、前記第１の部位の温度を出力とする第２の伝達関数とを含む伝達関数によって構成される、請求項２に記載の温度制御方法。
【請求項４】
反応容器内の第１の部位および前記第１の部位とは異なる第２の部位の温度制御についての操作量を制御する温度制御装置であって、
前記反応容器内では、流体は前記第２の部位から前記第１の部位に向く方向に流れ、
前記反応容器内の第１の部位の温度の入力を受け付ける第１の入力部と、
前記反応容器内の第２の部位の温度の入力を受け付ける第２の入力部と、
前記第１の部位の温度および前記第２の部位の温度と、前記操作量を含むプロセスモデルを使って、将来の前記第１の部位の温度および前記第２の部位の温度を予測し、望ましく温度制御される最適な前記操作量の制御信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部が生成した制御信号を出力する信号出力部とを備え、
前記プロセスモデルは、
前記操作量から、直接、制御量である前記第２の部位の温度と前記第１の部位の温度を予測する予測モデルと、
前記操作量が、前記第２の部位を経て前記第１の部位に至る熱伝達を予測する予測モデルとを含む、温度制御装置。
【請求項５】
反応容器内の第１の部位および前記第１の部位とは異なる第２の部位の温度制御についての操作量を制御するための信号をコンピュータに出力させるための温度制御用プログラムであって、
前記反応容器内では、流体は前記第２の部位から前記第１の部位に向く方向に流れ、
コンピュータに、
前記反応容器内の第１の部位の温度を記憶装置に記憶するステップと、
前記反応容器内の第２の部位の温度を記憶装置に記憶するステップと、
前記記憶装置に記憶された前記第１の部位の温度および前記第２の部位の温度と、前記操作量から予め設定されたプロセスモデルを使って、将来の前記第１の部位の温度および前記第２の部位の温度を予測し、望ましく温度制御される最適な前記操作量の制御信号を生成するステップと、
生成した前記操作量の制御信号を出力するステップとを実行させ、
前記プロセスモデルは、
前記操作量から、直接、制御量である前記第２の部位の温度と、前記第１の部位の温度を予測する予測モデルと、
前記操作量が、前記第２の部位を経て前記第１の部位に至る熱伝達を予測する予測モデルとを含む、温度制御用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応容器の温度制御に関し、特に、反応塔のように反応容器内に温度の分布が生じることが予測される反応容器の温度制御方法、温度制御装置および温度制御用プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、反応系等のプロセスを制御したい場合、操作量の決定に、モデル予測制御が採用されてきた。モデル予測制御は、プロセスにおける被制御量が目標値に一致するように操作量を決定するための手法である。そして、このような手法を用いたプロセスの制御については、従来から種々の検討がなされていた。
【０００３】
たとえば、特許文献１では、オレフィンのヒドロホルミル化の反応系のプロセスにおける、一酸化炭素（ＣＯ）のパージガス流量を調整する操作量が、反応容器中の実際のＣＯ分圧と目標値のＣＯ分圧との偏差に基づいて、モデル予測制御により決定されるための技術として、検出されたＣＯ分圧と目標値とを比較し、反応容器から抜き出されるリサイクルガスのパージ流量を調整することによって反応容器中のＣＯ濃度を制御する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平６−１９２１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
なお、従来のモデル予測制御では、反応容器の中で反応状態の変化が生じることが予測される場合、モデル予測制御による当該反応容器内の温度制御について、良好な制御性を得ることは困難とされてきた。
【０００５】
つまり、従来のモデル予測制御によれば、たとえば、反応容器内の温度を制御するための操作量を決定する場合、当該操作量を入力とし温度の計算値を出力とした伝達関数や、反応系に投入する原料の供給量に応じた測定可能外乱を入力とし温度の計算値を出力とした予測モデルに基づいて、操作量が決定される。しかしながら、単に上記のように操作量や測定可能外乱を入力とした予測モデルを利用しても、特に反応容器内で反応状態の変化が生じるようなシステムにおいては、良好な制御性を得ること、つまり、的確な温度制御を行なうことができなかった。
【０００６】
本発明は係る実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、反応状態の変化など不測な外乱が生じた場合でも良好な温度制御性を確保できる温度制御方法、温度制御装置および温度制御用プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の温度制御方法は、反応容器内の第１の部位および前記第１の部位とは異なる第２の部位の温度制御について操作量を制御する温度制御方法であって、前記反応容器内では、流体は前記第２の部位から前記第１の部位に向く方向に流れ、コンピュータが、前記反応容器内の第１の部位の温度を記憶装置に記憶するステップと、前記反応容器内の第２の部位の温度を前記記憶装置に記憶するステップと、前記記憶装置に記憶された前記第１の部位の温度および前記第２の部位の温度と、前記操作量を含むプロセスモデルを使って、将来の前記第１の部位の温度および前記第２の部位の温度を予測し、望ましく温度制御される最適な前記操作量の制御信号を生成するステップと、生成した前記操作量の制御信号を出力するステップとを実行し、前記プロセスモデルは、前記操作量から、直接、制御量である前記第２の部位の温度と前記第１の部位の温度を予測する予測モデルと、前記操作量が、前記第２の部位を経て前記第１の部位に至る熱伝達を予測する予測モデルとを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の温度制御方法では、前記操作量の制御信号を生成するステップで使用されるモデルは、前記プロセスモデルに加えて、前記反応容器への反応原料と溶媒の供給量変更に対応し、前記第１の部位の温度と前記第２の部位の温度を予測する、測定可能外乱モデルを含み、前記測定可能外乱モデルは、前記反応原料と前記溶媒の供給量から、直接、制御量である前記第１の部位の温度と前記第２の部位の温度を予測する予測モデルと、前記反応原料と前記溶媒が前記第２の部位を経て前記第１の部位に至る熱伝達を表した予測モデルとを含むことが好ましい。
【０００９】
また、本発明の温度制御方法では、前記プロセスモデルと前記測定可能外乱モデルによるモデルは、前記操作量および前記反応原料と前記溶媒の供給量に関する値を入力とし、前記第２の部位の温度を出力とする第１の伝達関数と、前記第１の伝達関数の出力である前記第２の部位の温度と、前記操作量と、前記反応原料と前記溶媒の供給量に関する値とを入力とし、前記第１の部位の温度を出力とする第２の伝達関数とを含む伝達関数によって構成されることが好ましい。
【００１０】
本発明の温度制御装置は、反応容器内の第１の部位および前記第１の部位とは異なる第２の部位の温度制御についての操作量を制御する温度制御装置であって、前記反応容器内では、流体は前記第２の部位から前記第１の部位に向く方向に流れ、前記反応容器内の第１の部位の温度の入力を受け付ける第１の入力部と、前記反応容器内の第２の部位の温度の入力を受け付ける第２の入力部と、前記第１の部位の温度および前記第２の部位の温度と、前記操作量を含むプロセスモデルを使って、将来の前記第１の部位の温度および前記第２の部位の温度を予測し、望ましく温度制御される最適な前記操作量の制御信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部が生成した制御信号を出力する信号出力部とを備え、前記プロセスモデルは、前記操作量から、直接、制御量である前記第２の部位の温度と前記第１の部位の温度を予測する予測モデルと、前記操作量が、前記第２の部位を経て前記第１の部位に至る熱伝達を予測する予測モデルとを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に従った温度制御用プログラムは、反応容器内の第１の部位および前記第１の部位とは異なる第２の部位の温度制御についての操作量を制御するための信号をコンピュータに出力させるための温度制御用プログラムであって、前記反応容器内では、流体は前記第２の部位から前記第１の部位に向く方向に流れ、コンピュータに、前記反応容器内の第１の部位の温度を記憶装置に記憶するステップと、前記反応容器内の第２の部位の温度を記憶装置に記憶するステップと、前記記憶装置に記憶された前記第１の部位の温度および前記第２の部位の温度と、前記操作量から予め設定されたプロセスモデルを使って、将来の前記第１の部位の温度および前記第２の部位の温度を予測し、望ましく温度制御される最適な前記操作量の制御信号を生成するステップと、生成した前記操作量の制御信号を出力するステップとを実行させ、前記プロセスモデルは、前記操作量から、直接、制御量である前記第２の部位の温度と、前記第１の部位の温度を予測する予測モデルと、前記操作量が、前記第２の部位を経て前記第１の部位に至る熱伝達を予測する予測モデルとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、反応容器が当該反応容器内で流体が第２の部位から第１の部位に向く方向に流れるように構成されたときに、第１の部位の温度および第２の部位の温度ならびに第１および第２の部位の温度制御についての操作量を含むプロセスモデルを使い、将来の第１の部位の温度および第２の部位の温度を予測することにより、望ましく温度制御される最適な操作量の制御信号が生成され、出力される。
【００１３】
なお、本発明では、上記プロセスモデルは、上記操作量から、直接、制御量である第２の部位の温度と第１の部位の温度を予測する予測モデルと、操作量、第２の部位を経て第１の部位に至る熱伝達を予測する予測モデルとを含む。
【００１４】
これにより、反応塔のように反応容器内に温度分布を持ち、反応容器内を流体が入口方向から出口方向に向かって流れる反応プロセスの多点温度制御において、操作量と制御量の関係を表した予測モデルに、流動による温度検出部位間の熱伝達を考慮した予測モデルが含まれることになる。
【００１５】
したがって、反応プロセスにおいて、反応状態の変化などの不測な外乱が生じた場合であっても、良好な温度制御性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の温度制御方法の一実施の形態が実現される反応システムについて、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、各図において同じ構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は繰返さない。
【００１７】
図１は、本発明の温度制御方法の一実施の形態が実現される反応システムの全体構成を模式的に示す図である。図１のシステムでは、反応容器として反応塔が採用され、当該反応塔内で第１の原料と第２の原料の化学反応により生成物の生成が行なわれる。
【００１８】
図１を参照して、本実施の形態のシステムでは、反応塔１００において、当該反応塔１００の底部に設けられた供給口１０５から原料が導入される。具体的には、本実施の形態のプロセスにおいて第１原料と第２原料が反応することにより生成物が生成するとした場合、第１原料と第２原料と溶媒とが、ポンプ７５でミキシングされた後、供給口１０５を介して反応塔１００内へ導入される。反応塔１００の上段には、反応塔１００内で生じた生成物を反応塔１００から取出すための排出口１０６が設けられている。
【００１９】
第１原料がポンプ７５へ導入されるまでの経路には、第１原料の供給量を制御するための調節弁４２が設けられている。また、当該経路における第１原料の流量は、流量センサ４１によって検出される。調節弁４２による当該経路の開閉動作は、流量調節部４０によって制御される。流量センサ４１の検出出力は、流量調節部４０に入力される。
【００２０】
第２原料がポンプ７５へ導入されるまでの経路には、第２原料の供給量を制御するための調節弁５２が設けられている。また、当該経路における第２原料の流量は、流量センサ５１によって検出される。調節弁５２による当該経路の開閉動作は、流量調節部５０によって制御される。流量センサ５１の検出出力は、流量調節部５０に入力される。
【００２１】
溶媒がポンプ７５へ導入されるまでの経路には、溶媒の供給量を制御するための調節弁６２が設けられている。また、当該経路における溶媒の流量は、流量センサ６１によって検出される。調節弁６２による当該経路の開閉動作は、流量調節部６０によって制御される。流量センサ６１の検出出力は、流量調節部６０に入力される。
【００２２】
反応塔１００内には、当該反応塔１００内の、上段の温度を検出する温度センサ７１と、中段の温度を検出する温度センサ７２とが備えられている。
【００２３】
反応塔１００には、その上段から下段に向かって供給口１０１，１０２，１０３，１０４が設けられている。反応塔１００には、当該反応塔１００内の温度を調節するために、供給口１０１，１０２，１０３，１０４を介して、スチーム供給源からスチームが導入される。供給口１０１，１０２へのスチームの供給量の総量は、流量センサ２１によって検出され、調節弁２２によって調節される。流量センサ２１の検出出力は、流量調節部２０に入力され、調節弁２２の開閉度合いは、流量調節部２０によって制御される。供給口１０３，１０４へのスチームの供給量の総量は、流量センサ３１によって検出され、調節弁３２によって調節される。流量センサ３１の検出出力は、流量調節部３０に入力され、調節弁３２の開閉度合いは、流量調節部３０によって制御される。
【００２４】
本明細書では、適宜、反応塔１００の上段側の供給口（供給口１０１，１０２）に導入されるスチームのことを「上段スチーム」と呼び、反応塔１００の下段側の供給口（１０３，１０４）を介して反応塔１００内に導入されるスチームを「下段スチーム」と呼ぶ。上段スチームの量は、流量センサ２１で検出され、下段スチーム量は、流量センサ３１によって検出される。
【００２５】
図１に示された本実施の形態のシステムは、上段スチーム供給量および下段スチーム供給量等を決定するための制御装置１０を備える。制御装置１０は、流量調節部２０，３０の目標値を操作変数とし、流量調節部４０，５０，６０の流量計測値を外乱変数、温度センサ７１，７２の計測値を制御変数とする。
【００２６】
図２に、図１に示されたシステムの構成を模式的に示す。
図２を参照して、制御装置１０には、当該制御装置１０の動作を全体的に制御するＣＰＵ（central processing unit）が備えられている。ＣＰＵ１１は、入出力装置（Ｉ／Ｏ）１２を介して、制御装置１０の内外の各種の装置との間でのデータの授受を行なう。ＣＰＵ１１は、上記のようにスチームの供給量を制御するために、流量調節部２０，３０の目標値を生成する制御信号生成部１１Ａを含む。
【００２７】
制御装置１０には、また、ＣＰＵ１１のワークエリアとして機能するＲＡＭ１５（random access memory）と、ＣＰＵ１１が実行するプログラム等の各種のデータを記憶するハードディスク（ＨＤ）１３、キーボード等の外部からの情報の入力を受付ける入力部１６、制御装置１０に対して着脱可能な記録媒体１４０に対する情報の読み書きを行なうメディアドライブ１４、ＣＰＵ１１の処理内容等を表示する表示部１８、および、ＣＰＵ１１が各種の処理の実行に利用するデータを格納するデータベース１７を含む。
【００２８】
ＣＰＵ１１は、ＨＤ１３に記録されたプログラムを実行することもできるし、記録媒体１４０に記録されたプログラムを実行することもできる。また、ＨＤ１３には、記録媒体１４０に記録されたプログラムをインストールすることもできるし、ネットワークからＩ／Ｏ１２を介してダウンロードされたプログラムをインストールすることもできる。
【００２９】
本実施の形態では、制御装置１０は、モデル予測制御アルゴリズムを利用して、上段スチーム量および下段スチーム量を制御している。具体的には、上段スチーム量、下段スチーム量、第１原料と第２原料と溶媒の供給量に対応する値を入力とし、反応塔１００における温度センサ７１の検出温度（上段温度）や温度センサ７２の検出温度（中段温度）を出力とする予測モデルを想定し、当該予測モデルで予測される温度が望ましい温度目標値となる上段スチーム量および下段スチーム量を算出し、流量調節部２０，３０の目標値である制御信号を出力する。図３に、制御装置１０において利用される伝達関数のブロック図を示す。
【００３０】
図３（Ａ）には、上段スチーム量と下段スチーム量と中段温度と上段温度に関する伝達関数のブロック図が示され、図３（Ｂ）には、第１原料の供給量と第２原料の供給量と溶媒の供給量と中段温度と上段温度に関する伝達関数のブロック図が示されている。
【００３１】
図３（Ａ）では、上段スチーム量を入力とし、中段温度を出力とする伝達関数３０１と、下段スチーム量を入力とし中段温度を出力とする伝達関数３０２が示されている。また、図３（Ａ）では、上段スチーム量を入力とし上段温度を出力とする伝達関数３０３、下段スチーム量を入力とし上段温度を出力とする伝達関数３０４、および、伝達関数３０１および伝達関数３０２の出力とされている中段温度を入力とし上段温度を出力とする伝達関数３０５が示されている。
【００３２】
図３（Ｂ）には、第１原料の供給量を入力とし中段温度を出力とする伝達関数３１１と、溶媒の供給量を入力とし中段温度を出力とする伝達関数３１２と、第２原料の供給量を入力とし中段温度を出力とする伝達関数３１３が示されている。また、図３（Ｂ）には、第２原料の供給量を入力とし上段温度を出力とする伝達関数３１４と、伝達関数３１１，３１２，３１３の出力とされている中段温度を入力とし上段温度を出力とする伝達関数３１５が示されている。
【００３３】
本実施の形態では、図１に示されたプロセスに対して、伝達関数３０１〜３０５，３１１〜３１５が設定され、中段温度および上段温度が望ましく制御される上段スチーム量と下段スチーム量が実現されるように、流量調節部２０，３０の目標値が決定される。なお、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に記載の伝達関数において、「ｓ」はラプラス変換子であり、「ｅ」は自然対数の底である。
【００３４】
図７に、本実施の形態で採用される制御アルゴリズムの対比として、従来の手法による制御アルゴリズムにおいて採用されていた伝達関数のブロック図を示す。
【００３５】
図７に示すような従来の手法に従えば、図１に示されたプロセスに対して、伝達関数９０１〜９１０が設定され、中段温度および上段温度が望ましく制御される上段スチーム量と下段スチーム量が実現されるように、流量調節部２０，３０の目標値が決定される。
【００３６】
なお、伝達関数９０１は、入力を上段スチーム量として出力を上段温度とする。伝達関数９０２は、入力を上段スチーム量として出力を中段温度とする。伝達関数９０３は、入力を下段スチーム量として出力を上段温度とする。伝達関数９０４は、入力を下段スチーム量として出力を中段温度とする。伝達関数９０５は、第１原料を入力として上段温度を出力とする。伝達関数９０６は、第１原料を入力として中段温度を出力とする。伝達関数９０７は、溶媒を入力として上段温度を出力とする。伝達関数９０８は、溶媒を入力として中段温度を出力とする。伝達関数９０９は、第２原料を入力として上段温度を出力とする。そして、伝達関数９１０は、第２原料を入力として中段温度を出力とする。つまり、従来の手法に従えば、制御アルゴリズムのモデルとして、すべての操作変数（上段スチーム量および下段スチーム量）と外乱変数（第１原料の供給量と第２原料の供給量と溶媒の供給量）と、すべての制御変数（上段温度と中段温度）を出力とする伝達関数（伝達関数９０１〜９１０）が利用される。そして、従来の手法に従えば、上段温度と中段温度について、互いに独立して、予測モデルが想定されていた。
【００３７】
一方、図３に示したような本実施の形態において採用される制御アルゴリズムでは、設定されている伝達関数は、反応塔１００における温度の従属関係を反映した組合せとされている。
【００３８】
具体的には、反応塔１００内では、物質の移動などによる熱の伝搬が生じ、その方向は、温度センサ７２が配置されている中段から温度センサ７１が配置されている上段に向けての方向であると考えられる。
【００３９】
そして、本実施の形態において設定される伝達関数の中で上段温度が出力とされるものに、その入力を中段温度とされるものが含まれる（伝達関数３０５，３１５）。
【００４０】
これにより、反応塔１００内で生じた変化（化合物の反応状態の変化等）が中段温度の変化として検知された段階で、その変化の影響を上段温度の予測値として反映することができる。また、本実施の形態では、上段温度に関するモデルとして、上段スチーム量を入力とする伝達関数３０３、下段スチーム量を入力とする伝達関数３０４、第２原料を入力とする伝達関数３１４が採用されている。なお、本実施の形態の反応塔１００内で反応させる化合物（第１原料と第２原料）の中で、第１原料については、反応塔１００内での温度環境下において液体であることを想定され、また、第２原料については、当該温度環境下では反応により気体が発生することが想定されるものとする。また、供給口１０１，１０２を介して導入されるスチーム（上段スチーム）のみならず、供給口１０３，１０４を介して導入されるスチームについても、直接、温度センサ７１において検出される温度に影響を与えることも考えられる。
【００４１】
このことから、本実施の形態では、上段温度を出力とする伝達関数として、中段温度を入力とするもの（伝達関数３０５，３１５）だけでなく、反応塔１００内に導入されてから温度センサ７２に到達するまでの時間と温度センサ７１に到達するまでの時間の差が比較的短く中段温度の変化に寄与するタイミングと上段温度の変化に寄与するタイミングの差が実質的にないと考えられるものについては、それらを入力とし上段温度を出力とした伝達関数（伝達関数３０３，３０４，３１４）が採用されている。これにより、図１に示されたプロセスの実情に沿った最小限の伝達関数を含む制御アルゴリズムの構築が実現されたことになる。
【００４２】
以上説明した本実施の形態では、図３に示したような制御アルゴリズムを用いて、上段スチーム量および下段スチーム量についての予測制御を行なっている。
【００４３】
ここで、図３に示された制御アルゴリズムに基づいた制御の結果を、参考として示した図７の制御アルゴリズムに基づく制御の結果とともに示す。
【００４４】
図４は、上段温度に対する目標値を１℃上げるように設定が変更された際の挙動を示す図である。なお、図４（Ａ）は、上段温度および中段温度の、開始から２４０分後までの上段温度および中段温度の測定結果を示す。また、図４（Ｂ）は、開始から２４０分後までの上段スチーム量と下段スチーム量の変化を示している。
【００４５】
まず、図４（Ａ）を参照して、上側に一群のグラフが記載され、下側にも一群のグラフが記載されている。そして、上側の一点鎖線は、上段温度に対する目標値を示している。つまり、図４（Ａ）では、開始後６０分の時点で、目標温度が、１℃上昇するように変更されたことが示されている。
【００４６】
また、図４（Ａ）では、上側に１組の実線と破線のグラフが示され、下側に１組の実線と破線のグラフが示されている。上側の１組のグラフの中で、実線は図３に基づいた制御が実行された際の上段温度の変化を示し、破線は、図７に従った制御が実行された際の上段温度の変化を示している。また、下側の１組のグラフの中で、実線は、図３に従った制御が実行された際の中段温度の変化を示し、破線は、図７に従った制御が実行された際の中段温度の変化を示している。また、下側の一点鎖線は、中段温度に対する目標値を示している。
【００４７】
図４（Ｂ）では、上側に一群のグラフが示され、下側に一群のグラフが示されている。上側の一群のグラフの中で、実線は、図３に従った制御が実行された際の上段スチーム量（流量センサ２１の検出出力）の変化を示し、破線は、図７に従った制御が実行された際の上段スチーム量の変化を示している。
【００４８】
また、下側の一群のグラフにおいて、実線は、図３の制御が実行された際の下段スチーム量（流量センサ３１の検出出力）の変化を示し、破線は、図７の制御が実行された際の下段スチーム量の変化を示している。
【００４９】
開始後６０分で上段温度に対する目標値が、図４（Ａ）の上側に一点鎖線で示されるように１℃上昇するように変更されると、これに応じて、図４（Ｂ）に示されるように、図３と図７のいずれの制御が実行された場合も、上段スチーム量は上昇している。また、下段スチーム量については、いずれも開始後６０分から減少を始め、開始後８０分辺りで一定の値に収束している。
【００５０】
図４（Ａ）を参照して、上記したような上段スチーム量および下段スチーム量の変化に応じて、上段温度に関しては、図３と図７のいずれの制御が実行された場合でも、開始後６５分辺りから、上段温度は上昇を開始している。そして、いずれの制御が実行された場合も、開始後１４０分の辺りで、目標値に到達し、その後当該目標値にほぼ一致したものとされている。
【００５１】
中段温度については、開始後６５分辺りでわずかに上昇を開始したが、その後、低下して、中段温度に対する目標値（下側の一点鎖線）と一致するように変化している。
【００５２】
以上、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して説明したように、上段温度に対する目標値が変更された場合でも、図３に示した本実施の形態で採用される制御アルゴリズムに基づく制御は、図７に示した従来の手法に従った制御アルゴリズムを利用された系とほぼ同等の温度制御が実現されている。
【００５３】
図５は、図１に示されたシステムにおける測定可能外乱である第１原料、第２原料、および溶媒の供給量が変更された際の挙動を示す図である。具体的には、図５（Ａ）は、上段温度（上側のグラフ）と中段温度（下側のグラフ）の変化を示し、図５（Ｂ）は、各系における上段スチーム量（上側のグラフ）と下段スチーム量（下側のグラフ）の変化を示し、そして、図５（Ｃ）は、第１原料、第２原料、溶媒のそれぞれの反応塔１００への供給量の変化（流量センサ４１，５１，６１の各検出出力）の変化を示している。また、図５（Ａ）および図５（Ｂ）では、それぞれ、実線は図３の制御アルゴリズムが採用された系のグラフであり、破線は図７の制御アルゴリズムが採用された系のグラフである。
【００５４】
まず、図５（Ｃ）を参照して、開始後６０分の時点で、第１原料と第２原料と溶媒のそれぞれの（単位時間当たりの）供給量が増加したことが示されている。なお、本実施の形態において、第１原料と第２原料が反応して生成物が生成する反応は、吸熱反応であるとする。
【００５５】
上記した第１原料と第２原料と溶媒の供給量の増加に応じて、図５（Ｂ）に示されるように、図３と図７のいずれの制御アルゴリズムに従った系においても、上段スチーム量および下段スチーム量が増加するように変化している。
【００５６】
また、図５（Ａ）に示されるように、上記した第１原料と第２原料と溶媒の供給量の増加により、中段温度については影響が生じていないものの、上段温度については、開始後６０分の時点から、いずれの系においても上段温度の下降が始まっている。なお、その後上段温度は、図５（Ｂ）に示されたような上段スチーム量の増加に応じて、上昇し、一点鎖線で示された目標値に復帰している。
【００５７】
以上図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照して説明したように、反応塔１００への第１原料と第２原料と溶媒の供給量が増加し、反応塔１００内の吸熱反応が加速されるような場合であっても、図３に示した制御アルゴリズムに従った本実施の形態の制御は、図７に示した従来の制御アルゴリズムに従った制御と同程度に、上段温度および中段温度を制御することができる。
【００５８】
図６は、反応塔１００において中段温度に影響を及ぼす不測な外乱が生じた際の図１に示したシステムにおける挙動を示している。具体的には、図６（Ａ）は、上段温度（上側のグラフ）と中段温度（下側のグラフ）の変化を示し、図６（Ｂ）は、上段スチーム量と下段スチーム量の変化を示している。また、図６（Ａ）および図６（Ｂ）では、それぞれ、実線は図３の制御アルゴリズムが採用された系のグラフであり、破線は図７の制御アルゴリズムが採用された系のグラフであり、一点鎖線は上段温度・中段温度それぞれについての目標温度である。
【００５９】
図６（Ａ）において、二点鎖線によって、外乱の大きさが示されている。具体的には、図３および図７に示された制御アルゴリズムによる制御のいずれも適用されず放置された場合に、中段温度が、開始６０分までの温度に対して、開始後８０分で中段温度を１℃上昇させるような外乱が投入されたことが示されている。
【００６０】
図６（Ｂ）を参照して、図７に示されたモデルでは、上記したような外乱の投入により、開始後６０分の時点で、下段スチーム量は低下する一方で、上段スチーム量はやや遅れて上昇している。
【００６１】
一方、図３に示した本実施の形態のモデルでは、上段スチーム量と下段スチーム量のいずれもが、開始６０分後から低下され、下段スチーム量については、低下が終了した後その辺りの値で収束し、上段スチーム量については、再度上昇した後収束している。
【００６２】
図６（Ａ）を参照して、中段温度については、図３のモデルに従った場合も図７のモデルが採用された場合も、開始後６０分から外乱によって一時的に上昇した後、低下して、一点鎖線で示された目標値へと収束している。
【００６３】
一方、上段温度については、図３に示されたモデルが採用された場合には、０．２５℃の温度上昇で温度上昇が抑えられている一方で、図７に示されたモデルが採用された場合には、０．５℃の温度上昇が生じている。
【００６４】
図７に示されたモデルでは、中段温度から上段温度の熱伝達がモデルへ反映されていないため、中段温度の上昇が上段温度の変化の予測に反映されない。このため、流量調節部２０と流量調節部３０に出力される制御信号は、中段温度のみを下げるものとされる。このことは、図６（Ｂ）の下段スチーム量についての破線が、開始後６０分から８０分にかけて大きく低下していることに対応している。
【００６５】
一方、本実施の形態に従った図３のモデルでは、中段温度から上段温度の熱伝達がモデルに反映されている。これにより、上段スチーム量は、外乱投入直後は一時的に低下されたものの、その後上昇するように制御される。このことは、図６（Ｂ）の上段スチーム量の実線が、開始後６０分から７５分の間に低下された後、７５分から９０分の間では上昇していることに対応している。
【００６６】
つまり、図３に示された本実施の形態のモデルでは、中段温度から上段温度への熱伝達がモデルに反映されているため、中段温度の上昇に伴い上段温度の上昇が予測され、一時的に上段スチーム量が下げられ、下段スチーム量を低下させたことによる上段温度の低下が予測されて、上記のような開始後７５分から９０分での上段スチーム量の上昇（復帰）がなされている。
【００６７】
以上、図４〜図６を参照して説明したように、本実施の形態で採用される予測モデルは、目標値の変更や測定可能外乱（原料と溶媒）の供給量の変更については、図７に示したような従来のモデルと同等の制御を実現でき、その上、図６を参照して説明したように、反応塔１００内での反応状態の変化など、不測の変化が生じた場合、その変化を中段温度の変化として捉え、当該変化を上段温度の予測に反映させることができる。これにより、特に図６（Ａ）を参照して説明したように、上段温度の制御性を良好なものとすることができる。
【００６８】
以上説明した本実施の形態では、反応容器（反応塔１００）内の第１の部位（温度センサ７１）および第２の部位（温度センサ７２）の温度調節を行なうために、制御装置１０は、制御信号を流量調節部２０，３０に送信する。制御信号は、ＣＰＵ１１の制御信号制御部１１Ａによって、生成される。制御信号生成部１１Ａは、図３に示された予測モデルを利用した制御アルゴリズムに基づいて、制御信号を生成する。ＣＰＵ１１は、生成された制御信号を、Ｉ／Ｏ１２を介して流量調節部２０，３０に送信する。
【００６９】
なお、本実施の形態では、反応塔として、複数の温度計測点が上下方向に配置され、そして、反応塔内における流体の移動方向が上から下とされているプロセスが示されたが、本発明の制御方法が実現されるプロセスは、このような反応塔において反応が行なわれる場合に限定されない。たとえば、左方から右方に流体が移動するように構成された反応容器において、当該反応容器の内部の温度を検出する温度センサ７１，７２が配置され、そして、温度センサ７２が温度センサ７１よりも右側の位置の温度を検出するように配置されるような場合でも、本発明は同様に適用することができる。
【００７０】
以上説明した本実施の形態では、反応塔の第1の部位および第２の部位の温度と操作量（流量調節部２０，３０の目標値）とを含むプロセスモデルを使って、将来の第１の部位の温度および第２の部位の温度が予測され、最適な操作量の制御信号が生成される。
【００７１】
なお、上記プロセスモデルは、図３に示されたように、上記操作量から、直接制御量である第２の部位の温度と第１の部位の温度を予測する予測モデル（伝達関数３０１，３０２，３０３，３０４）と、操作量から第２の部位を経て第１の部位に至る熱伝達を予測する予測モデル（伝達関数３０５）とを含む。
【００７２】
また、本実施の形態では、第１の部位の温度と第２の温度の予測に利用されるフィードフォワードモデルとして、反応容器への反応原料と溶媒の供給量変更に対応し、第１の部位の温度と第２の部位の温度を予測する測定可能外乱モデルが含まれる。当該測定可能外乱モデルには、反応原料と溶媒の供給量から、直接、制御量である第１の部位の温度と第２の部位の温度を予測する予測モデル（伝達関数３１１，３１２，３１３，３１４）と、反応原料と溶媒が第２の部位を経て第１の部位に至る熱伝達を表した予測モデル（伝達関数３１５）とを含む。
【００７３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の温度制御方法の一実施の形態が適用されるシステムの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】図１に示されたシステムの構成を模式的に示す図である。
【図３】（Ａ）は、上段スチーム量と下段スチーム量と中段温度と上段温度に関する本実施の形態に従った伝達関数のブロック図であり、（Ｂ）は、第１原料、第２原料、溶媒の供給量と中段温度と上段温度に関する本実施の形態に従った伝達関数のブロック図である。
【図４】図３の制御アルゴリズムに従った制御と図７の制御アルゴリズムに従った制御におけるシステムの挙動を示す図である。
【図５】図３の制御アルゴリズムに従った制御と図７の制御アルゴリズムに従った制御におけるシステムの挙動を示す図である。
【図６】図３の制御アルゴリズムに従った制御と図７の制御アルゴリズムに従った制御におけるシステムの挙動を示す図である。
【図７】従来の手法に従った制御アルゴリズムにおいて採用される伝達関数のブロック図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  制御装置、１１  ＣＰＵ、１１Ａ  制御信号生成部、１２  Ｉ／Ｏ、１３  ＨＤ、１４  メディアドライブ、１５  ＲＡＭ、１６  入力部、１７  データベース、１８  表示部、２０，３０４０，５０，６０  流量調節部、２１，３１，４１，５１，６１  流量センサ、２２，３２，４２，５２，６２  調節弁、７１，７２  温度センサ、７５  ポンプ、１００  反応塔、１０１〜１０５  供給口、１０６  排出口、１４０  記録媒体、３０１〜３０５，３１１〜３１５，９０１〜９１０  伝達関数。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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